10781

Экспериментальные исследования процесса распределения тепла при сварке

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

Отчет по лабораторной работе №4 Экспериментальные исследования процесса распределения тепла при сварке по дисциплине Теория сварочных процессов Цель работы: приобрести опят и навыки экспериментального определения температуры в ходе нагрева и охлаждения ...

Русский

2013-04-01

2.43 MB

12 чел.

Отчет по лабораторной работе №4

«Экспериментальные исследования процесса

распределения тепла при сварке»

по дисциплине «Теория сварочных процессов»

  Цель работы: приобрести опят и навыки экспериментального определения температуры в ходе нагрева и охлаждения при сварке.

  Материалы и оборудование: сварочный пост, набор слесарных инструментов, провода для изготовления термопар, пластины из стали, покрытые электроды, штангенциркуль, секундомер, потенциометр.

  Методы измерения температуры нагретых тел:

Существует много методов определения температур, назовём лишь те методы, которые используют при сварке.

Один из простейших метопов, так называемый "цветовой" заключается в использовании индикаторов температуры: термокраски или термокарандаша.

Термокраски меняют цвет непрерывно (позволяя наблюдать положение изотермических линий) или резко (при  определенной температуре и сохраняют ее в дальнейшем). Диапазон измеряемых температур 300...1800 K.

Термокарандаши изготовляют для диапазона 300...950 K с градацией 50...80 К. Нанося различными карандашами риски, как мелом можно быстро определить  распределение температур по изменению цвета. Точность измерения составляет несколько Кельвин.

Температуру можно измерить с помощью чувствительных элементов и датчиков. Наиболее простыми датчиками температуры   являются электроконтактные термометры с чувствительными ртутными элементами. Точность электроконтактных термометров составляет 2...5°С. Однако с их помощью можно контролировать температуру только до 300°С.

Более широкое применение имеют термометры сопротивления. Они позволяют контролировать температуру до 1250°С. Точность проволочных термометров сопротивления составляет 0,5%.

Чаще всего для  измерения температур при сварке используют термоэлектрические чувствительные элементы - термопары, действие которых основано, на возникновении ЭДС спая разнородных проводников.

Широкое применение получили термопары: хромель-алюмель, хромель-копедь, платина-платинородий. Рабочие диапазоны их соответственно -20 ...+ 1000°C, -500...+ 600°C, -20...1600°C.

При температурах выше 1900 K применяют пирометры. Пирометрами называют устройства, состоящие из оптической системы и приемника излучения,  позволяющие измерить температуру тела по интенсивности и спектральному составу их теплового излучения оптическим методом без прямого контакта с "объектом. Различают пирометру полного излучения - радиационные; частичного излучения - монохроматического излучения - яркостного; спектрального соотношения - цветов.

 

Программа работы:

1. Подготовка пластин.

Внешнюю поверхность образцов зачистили до металлического блеска (рис. 1).

Рис. 1. Подготовка образцов

С помощью штангенциркуля провели метну в виде сплошной линии посередине образца по всей его длине. Вторую метку, перпендикулярно первой, тоже посередине образца. Аналогично разметили пластинку и с обратной стороны (рис. 2).

Рис. 2. Отметка рисок

На обратной стороне пластины в точке, отмеченной риской, сделали рассверловку диаметром 1...2 мм для зачеканки термопары (глухое отверстие) (рис. 3, 4).

Рис. 3. Рассверловка пластин

Рис. 4. Получение отверстия

2. Изготовление термопары.

Заварить термопару (рис. 5, 6, 7) и получить «горячий» спай (рис. 8).

Рис. 5. Проволока для изготовления термопар

Рис. 6. Заварка термопары

Рис. 7. Получение термопары

Рис. 8. «Горячий» спай

3. Проверка термопары на работоспособность (рис. 9).

Для чего присоединили "холодный" спай к измерительному прибору, а "горячий" спай нагрели с помощью зажигалки, при этом стрелка прибора должна не отклонялась в сторону увеличения температуры, поэтому поменяли полюса термопары.

Рис. 9. Проверка термопары на работоспособность

4. Зачиканка и подключение.

"Горячий" спай термопары, после проверки ее работоспособности, ввели в просверленное отверстие пластины и зачеканили с помощью керна  (рис.10),  причем термопара, во избежание ее выхода из строя, проводится под крышкой сварочного стола и через продольную прорезь подкладки (рис.11).

Рис. 10. Зачеканка термопары

Рис. 11. Получение зачеканки

5. Наплавка валика.

Произвели наплавку валика электродом на постоянном токе прямой полярности, начиная от одного из краев пластины к центру до метки, где начеканена термопара (рис. 12).

Рис. 12. Наплавка валика

6. Снятие данных, температуры и времени (см. карту измерений).

Фиксировали температуру в точке закрепления термопары в процессе сварки, и после ее окончания через определенные моменты времени (рис.13).

Рис. 13. Фиксирование температуры

7. Повторили наплавку на постоянном токе другой полярности и повторили все предыдущие операции, причем на поперечной метке, отступив от середины образца около 15 мм,  сделали отметку в виде риски.

8. Обработка полученных данных (графики).

Рис. 14. Термический цикл точки закрепления термопар

зелёный – первый образец; красный – второй образец

Из красного графика видно, что первое время после начала сварки изменение температуры не происходит, т.к. вводимое тепло не достигло термопары, из-за теплофизических свойств металла.

Начиная с 27 секунды накопленное тепло начинает достигать термопары, произошло увеличение температуры до 80 градусов.

В момент прохождения источника тепла над термопарой, температура не достигает максимальной, потому что тепло ещё не дошло до неё.

На 42 секунде температура достигает максимальной и равной 900 градусов, это происходит за счет того, что накопленное тепло достигло термопары и тепло также продолжает вводиться.

Затем идет снижение температуры до 760 градусов на 45 секунде. Тепло продолжает вводиться, но не успевает достигнуть термопары, т.к. источник тепла удаляется.

На 51 секунде наплавка закончилась. И в течение 190 секунд температура пластины начинает плавно понижаться до 180 градусов, т.к. тепло уже не вводиться, а накопленное уходит в окружающую среду.

Из зелёного графика видно, что изменение температуры происходит раньше. На 21 секунде температура пластины равняется 40 градусов, за счет того, что тепло распространяется равномерно в сторону термопары.

Максимальная температура равная 1100 градусам, достигается на 32 секунде, затем идет резкое снижение температуры до 620 градусов. На 51 секунде наплавка закончилась. И в течение 190 сек температура плавно понижается до 200 град.

9. Определение температуры по цветам побежалости.

Таблица 2

Рис. 15. Зависимость температуры от цвета побежалости

Из графиков распределения температуры в металле видно, что чем дальше от центра шва находится цвет, тем больше расстояние от центра шва до этого цвета и тем меньше температура. При сравнении графиков видно, что при одинаковой температуре 275 градусов (пурпурно-красный цвет побежалости) расстояние от центра шва до начала цвета побежалости первого образца больше, чем у второго, т.к. в первом образце температура распространялась в одну сторону (наплавка производилась по центру), а во втором наплавка производилась по краю.

  Вывод:

В данной лабораторной работе мы проводили эксперимент, определяющий температуру в ходе нагрева и охлаждения при сварке. Мы проводили сварку на двух образцах. На первом образце шов проходит посередине пластины, а во втором образце шов проходит с краю. Сравнив полученные данные видно, что Тmах в первом образце больше, чем во втором, т.к. тепло в первом образце распространяется равномерно в одну сторону пластины, а во втором тепло распространяется равномерно в обе стороны относительно шва, т.к. площадь распространения тепла больше, чем во втором образце.             


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

42521. Снятие кривой намагничения и петли гистерезиса с помощью осциллографа 142.5 KB
  Краткие теоретические сведения Ферромагнетикам свойственно явление гистерезиса. Замкнутая кривая bcdef называется петлёй гистерезиса рис. Можно получить семейство петель гистерезиса по способу описанному ранее не доводя намагничение образца до насыщения.
42522. Определение ёмкости конденсаторов 104 KB
  Оборудование: регулятор напряжения ЛАТР миллиамперметр переменного тока на 250 мА вольтметр на 150 В конденсаторы. Если конденсатор включить в цепь постоянного тока то спустя некоторое время он зарядится т. Если конденсатор включить в цепь переменного тока то он будет перезаряжаться с частотой переменного ток и в подводящих проводах всё время будут перемещаться электрические заряды т.
42523. Изучение процессов зарядки и разрядки конденсаторов 240.5 KB
  Цель работы: изучить процессы, происходящие в цепи при зарядке (разрядке) конденсаторов, освоить метод расчёта ёмкости конденсаторов по данным о временной зависимости тока зарядки (разрядки). Оборудование: конденсатор, набор резисторов, микроамперметр на 100 мкА, источник питания постоянного тока, выключатель, секундомер, соединительные провода.
42524. Определение горизонтальной составляющей индукции земного магнетизма с помощью тангенс-гальванометра 102 KB
  Южный полюс магнитного поля Земли находится вблизи северных берегов Америки около 750 северной широты и 1010 западной долготы а северный полюс − в Антарктиде около 670 южной широты и 1400 восточной долготы. Существование магнитного поля Земли непосредственно подтверждается отклонением лёгкой магнитной стрелки при её свободном подвесе. При этом последняя устанавливается в направлении касательной к линии индукции магнитного поля Земли.
42525. Изучение однофазного трансформатора 118 KB
  Принцип действия трансформатора основан на использовании явления электромагнитной индукции. Знак − указывает на то что ЭДС в первичной и вторичной обмотках трансформатора противоположены по фазе. Создаваемый этим током магнитный поток Ф0 концентрируется в магнитопроводе и пронизывает все обмотки трансформатора индуцируя в первичной обмотке ЭДС самоиндукции 27.
42526. Определение длины электромагнитной волны в двухпроводной линии 96 KB
  Исследование электромагнитных волн в пространстве связано с некоторыми экспериментальными трудностями поэтому Лехером была предложена система состоящая из двухпроводной линии источника и приёмника электромагнитных волн. В двухпроводной линии реализуются два различных процесса передачи электромагнитного поля: с помощью токов проводимости и с помощью токов смещения. В этом случае электрические явления существенно зависят от сопротивления линии и следовательно от материала проводников.
42527. Определение ЭДС источника тока с помощью двух вольтметров 76.5 KB
  Оборудование: источник ЭДС постоянного тока два вольтметра. Физическая величина равная работе Астор сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль всей замкнутой электрической цепи называется электродвижущей силой ЭДС 29.6 рассчитать ЭДС источника.
42528. ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОННОГО ОСЦИЛЛОГРАФА 353.5 KB
  Эти процессы графически изображаются на экране электронно-лучевой трубки ЭЛТ которая является основным органом электронного осциллографа. Наблюдение изображения на экране осциллографа называется осциллографированием. Изображение на экране или его фотография называется осциллограммой. Подводя отрицательный потенциал к цилиндру можно уменьшить количество электронов проходящих через его отверстие а следовательно уменьшить и яркость пятна на экране трубки.
42529. Ток в вакууме. Методическое указание к выполнению лабораторной работы 712 KB
  Условие вылета электрона из металла: 4 Термоэлектронная эмиссия лежит в основе получения электрического тока в вакууме и устройства вакуумных электронных ламп. Если же катод К соединённый с отрицательным полюсом анодной батареи Ба раскалить при помощи добавочной батареи накала Бнак до высокой температуры то миллиамперметр...